【集萃網(wǎng)觀察】【摘要】泡沫整理是一種節(jié)能效果十分顯著的染整加工方法，在當(dāng)前以綠色環(huán)保、生態(tài)染整為工業(yè)生產(chǎn)主題和國家節(jié)能、降耗、減排政策的推動(dòng)下，重新受到人們的重視和青睞。文章闡述了泡沫的形成及其穩(wěn)定機(jī)理，介紹了發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑的選擇、泡沫整理設(shè)備系統(tǒng)的組成、國內(nèi)外泡沫整理技術(shù)的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀及最新進(jìn)展情況，并對(duì)泡沫整理的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。
【關(guān)鍵詞】泡沫整理；發(fā)泡劑；穩(wěn)泡劑；動(dòng)態(tài)發(fā)泡器；泡沫施加器
【中圖分類號(hào)】TSl90.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1005-9350(2008)ll-0011-05
泡沫整理工藝是受20世紀(jì)70年代能源危機(jī)的影響，在國外迅速發(fā)展起來的一種低給液、高節(jié)能的染整加工技術(shù)。它是將氣體通入含有表面活性劑的工作液中，通過混合剪切后生成眾多微小氣泡組成的體積龐大的泡沫，替代染整浴中的水，然后被施加到織物上，使織物的帶液率由傳統(tǒng)的60％～80％下降到15％～30％，從而可節(jié)約烘燥能耗50％以上。此外，它還具有降低蒸發(fā)過程中染化料泳移、提高生產(chǎn)車速、節(jié)約染化料和減少廢水排放等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此引起了人們的普遍關(guān)注。我國曾在上世紀(jì)80年代掀起了一波研究開發(fā)的高潮，其相關(guān)技術(shù)成果先后被國內(nèi)許多印染企業(yè)應(yīng)用，生產(chǎn)加工了各種織物近億米，產(chǎn)品經(jīng)質(zhì)量檢驗(yàn)合格后被投放到國內(nèi)外市場(chǎng)。但限于當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化程度不高、操作繁瑣和人們環(huán)保意識(shí)薄弱，此項(xiàng)節(jié)能技術(shù)沒有得到應(yīng)有的發(fā)展[1-2]。
近年來，隨著能源緊張和水資源缺乏，人們的環(huán)保意識(shí)大大增強(qiáng)：國家加大了對(duì)自然環(huán)境的保護(hù)力度，嚴(yán)格實(shí)行節(jié)能、降耗、減排的政策；各印染企業(yè)在降低生產(chǎn)成本、減少能源消耗和廢水排放方面的壓力倍增，這些因素使得泡沫整理這項(xiàng)節(jié)能效果非常顯著的染整加工技術(shù)重新受到人們的重視和青睞。據(jù)悉，國內(nèi)外一些科研單位和企業(yè)正在積極研發(fā)新的泡沫整理設(shè)備和相關(guān)工藝，采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，大大提高了機(jī)器的自動(dòng)化程度，降低了操作難度，提高了生產(chǎn)效率。
l 基本原理
1.1 泡沫的穩(wěn)定機(jī)理
泡沫是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，根據(jù)Gibbs原理，體系總是趨向于表面能較低的狀態(tài)，因此泡沫有自發(fā)破裂的傾向。泡沫的穩(wěn)定性及流動(dòng)性是決定其在實(shí)際生產(chǎn)中可行性的兩個(gè)重要因素。泡沫穩(wěn)定性是指泡沫保持其所含液體及維持自身存在的能力，主要取決于排液的快慢和液膜的強(qiáng)度。氣泡間的液體在壓力和重力的作用下總在不斷地被排出，液膜逐漸變薄，這是由于氣、液相對(duì)密度和界面兩側(cè)之間的壓差引起的。體相粘度大的液體，排液速度慢，因而泡沫較穩(wěn)定。當(dāng)排液至一定程度。即氣泡液膜薄至一定程度時(shí)，氣泡是否還穩(wěn)定，主要取決于界面保護(hù)膜的粘度、膜強(qiáng)度、氣體透過能力、界面上的分子密度及電荷密度等因素。泡沫的穩(wěn)定性用泡沫半衰期表示，半衰期越長(zhǎng)，泡沫越穩(wěn)定。另外，相同條件下的發(fā)泡原液其發(fā)泡倍率越大，泡沫越均勻，也就越穩(wěn)定，這是因?yàn)楫a(chǎn)生的泡沫中含空氣量越多，液膜含液量少，排液較慢，半衰期較長(zhǎng)。
1.2 發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑的選擇
常用發(fā)泡劑有陰離子型的十六烷基磺酸鈉(AS)，十二烷基硫酸鈉(SDS)，十二烷基苯磺酸鈉(ABS)等；非離子型的有烷基醇聚氧乙烯醚，烷基酚聚氧乙烯醚，椰油酰二乙醇胺(洗滌劑6501)等。近年來，為了滿足生態(tài)環(huán)保需要，開發(fā)出一些新型綠色表面活性劑，如烷基糖苷(APG)、烷基葡萄糖酰胺(APA)、天然茶皂素、松香聚氧乙烯酯(RPGC)和某些Gemini型表面活性劑均具有良好的發(fā)泡性能，是比較理想的環(huán)保型發(fā)泡劑。一般陽離子型表面活性劑發(fā)泡能力差且價(jià)格較貴，故很少使用；陰離子型發(fā)泡劑起泡速度快，但形成泡沫的穩(wěn)定性較差；而非離子型發(fā)泡劑起泡性能稍差，但泡沫穩(wěn)定性較好，且相容性好，能與各種離子型表面活性劑復(fù)配，不受樹脂整理液中金屬鹽的影響。對(duì)于不同泡沫整理工藝，應(yīng)采用相應(yīng)類型的發(fā)泡劑，需防止發(fā)泡劑與整理劑不相容，影響整理效果。
泡沫穩(wěn)定劑主要有兩類。第一類是增粘型穩(wěn)定劑，主要是通過提高發(fā)泡液的粘度來減緩泡沫的排液速率，延長(zhǎng)泡沫半衰期，從而提高泡沫的穩(wěn)定性，屬于此類物質(zhì)的有聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纖維素(CMC)、羥乙基纖維素(HEC)等；第二類穩(wěn)定劑其主要作用是提高泡沫薄膜的質(zhì)量，增加薄膜的粘彈性，減少泡沫的透氣性，從而提高泡沫的穩(wěn)定性，如在SDS中加入正十二醇就是屬于這種情況。在實(shí)際使用過程中，將羥乙基纖維素和十二醇混合使用，既提高了發(fā)泡液的本體粘度，又提高了泡沫液膜的表面粘度，大大增加了泡沫的穩(wěn)定性。
1.3 泡沫整理設(shè)備
泡沫整理設(shè)備主要由控制系統(tǒng)、發(fā)泡裝置和泡沫施加裝置三大部份組成。發(fā)泡裝置主要有靜態(tài)式發(fā)泡器和動(dòng)態(tài)式發(fā)泡器兩大類。泡沫施加裝置大致可以歸納為六種：刮刀式，輥筒式，橡毯真空抽吸式，網(wǎng)帶式，圓網(wǎng)式和狹縫式[3]。以上海太平洋機(jī)電集團(tuán)印染機(jī)械分公司生產(chǎn)的動(dòng)態(tài)狹縫式泡沫整理系統(tǒng)為例，它主要包括控制系統(tǒng)、泡沫發(fā)生器和泡沫施加器三部分，其構(gòu)成和加工流程如圖l所示。該系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是采用智能微機(jī)控制系統(tǒng)，可根據(jù)加工織物的品種和規(guī)格，通過觸摸式操作界面設(shè)定和正確控制生產(chǎn)工藝參數(shù)，如發(fā)泡量、發(fā)泡比等。發(fā)泡器采用目前流行的動(dòng)態(tài)式泡沫發(fā)生器(見圖2)，通過轉(zhuǎn)子與定子的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)將液體和氣體剪切混合后形成泡沫，具有重演性好、可控性強(qiáng)和發(fā)泡倍率范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。泡沫施加器采用圓筒狹縫式泡沫施加裝置(見圖3)，其特點(diǎn)是泡沫依次通過狹縫涂敷到織物上，并在壓力狀態(tài)下迅速滲透到織物內(nèi)部，不易產(chǎn)生空殼泡，而且泡沫在織物上的施加均勻性好。
2 泡沫整理工藝及研究現(xiàn)狀
2.1 泡沫樹脂整理
棉和滌／棉混紡織物的防皺整理，最常用的整理劑主要是樹脂整理劑�？椢锝�(jīng)樹脂整理后，能達(dá)到滿意的折皺回復(fù)角，但這種滿意的折皺回復(fù)角是以犧牲織物的強(qiáng)力和耐磨性能為代價(jià)的。經(jīng)大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)[4]，樹脂整理時(shí)整理劑施加不均勻是織物強(qiáng)力損失的主要原因之一，而產(chǎn)生不均勻施加的主要原因是織物在烘干過程中整理劑發(fā)生泳移所造成的。使用浸軋-預(yù)烘-焙烘的加工方式時(shí)，純棉織物上會(huì)有約28％的溶液發(fā)生泳移，而使用泡沫整理工藝可大大降低泳移量或消除泳移現(xiàn)象，改善了織物上樹脂分布的均勻性，從而提高了織物的強(qiáng)力。這是因?yàn)殡S著帶液量的減小，織物烘干時(shí)水分蒸發(fā)減少，織物毛細(xì)管中的整理液也不會(huì)隨著表面液體減少產(chǎn)生的液差而泳移到織物表面上來，從而減少了烘干過程中的泳移量。此外，在達(dá)到相同整理效果的同時(shí)，使用泡沫整理的方法比常規(guī)浸軋法節(jié)省樹脂及助劑用量約10％左右，而且還可改善織物的手感。
2.2泡沫柔軟整理
美國的Angel0 J，Sabia[5]等在利用各種有機(jī)硅整理劑對(duì)不同織物進(jìn)行柔軟整理時(shí)，采用的就是泡沫整理技術(shù)(FFT)。他們重點(diǎn)研究了幾種典型有機(jī)硅柔軟劑FFT泡沫整理配方，并且把這些配方的泡沫整理織物的各項(xiàng)性能與通常的浸軋法在同樣織物和化學(xué)整理劑用量時(shí)作了比較。研究結(jié)果表明，用有機(jī)硅與耐久壓燙樹脂一起處理后的65／35滌／棉織物、83／17棉／滌燈芯絨和純棉勞動(dòng)布，在所測(cè)量織物的各項(xiàng)性能范圍內(nèi)，F(xiàn)FT法與浸軋法沒有明顯的實(shí)質(zhì)性的差異，而且兩種方法都能增加織物柔軟度，并且還能改善物理性能。
2.3 泡沫阻燃涂層整理
劉森[6]在研究滌／棉織物阻燃整理時(shí)，選用溴銻涂層阻燃劑(CFA)，采用泡沫背涂工藝進(jìn)行阻燃整理，能夠使滌棉織物獲得良好的阻燃效果，達(dá)到國家GB5455—85標(biāo)準(zhǔn)，確保了作為裝飾用途的需要。朱光林、魏征[7]等選擇乙烯類聚合物作涂層粘合劑，溴類及氮磷類化合物作阻燃劑，對(duì)厚重棉織物進(jìn)行泡沫阻燃整理，使厚重織物具有優(yōu)良的阻燃效果，且不損傷織物強(qiáng)力和手感。整理織物阻燃效果達(dá)到BS5852等阻燃標(biāo)準(zhǔn)，且織物手感柔軟、透氣性好、安全性高。姜偉偉，施菊[8]等采用穩(wěn)泡的阻燃涂層膠對(duì)丙綸織物進(jìn)行泡沫阻燃涂層整理，研究了涂層的工藝條件(涂層機(jī)和發(fā)泡機(jī)的各項(xiàng)參數(shù))，分析了涂層刀距、阻燃膠密度和上膠量對(duì)涂層織物阻燃性能的影響，以及泡沫密度、壓泡壓力與織物透氣性和涂層膜的關(guān)系。與傳統(tǒng)工藝相比，采用泡沫阻燃整理，既簡(jiǎn)化工藝流程，又降低了生產(chǎn)成本。
此外，國外有報(bào)道[9]稱，利用新型的聚硅氧烷泡沫，采用泡沫整理工藝(FFT)涂敷于地毯的背面，可以賦予地毯阻燃性能。這種新型的聚硅氧烷泡沫符合UL*94的要求，泡沫涂層量在3.2 mm時(shí)為V-0級(jí)，并具有ASTMD2863限氧指標(biāo)30，對(duì)燃燒有自熄性和阻止性。還有該泡沫不含氰化物和鹵素，因此燃燒產(chǎn)生的副產(chǎn)品毒性較低。
2.4 泡沫防(拒)水、吸濕整理
目前，對(duì)襯衫等織物使用常規(guī)的浸軋法作為拒水整理工藝，織物兩面都有拒水性，就不能吸汗，穿著時(shí)會(huì)感到不舒適。據(jù)報(bào)道[10]，日本有研究者采用Gaston—county制的FFT泡沫整理機(jī)，試制了一種既有拒水效果又有吸汗和排汗功能的雙面整理織物，拒水性為70(拒水性以0～100表示，100為最好)，織物反面的吸濕性也得到了提高，透濕效果也較理想。其整理方法是先用泡沫施加拒水劑，使拒水劑只浸透到織物的一半厚度，再在反面按同樣方法施加吸濕劑，也滲透一半。雙面泡沫整理在技術(shù)上的關(guān)鍵是在整理時(shí)不使整理劑滲透到反面。
上海市印染技術(shù)研究所的顧麗華、姜興華[11]采用泡沫涂層工藝，使用EA—BA—AN等水分散性乳液型泡沫涂層膠，對(duì)絲綢型面料(包括人造棉、仿真絲、真絲)進(jìn)行了微孔防水透濕涂層產(chǎn)品的研制，成功研制了一種穩(wěn)定的泡沫涂層系統(tǒng)，用于開發(fā)防水、透濕性服裝面料，特別是將輕薄型面料開發(fā)成為秋冬季服裝面料，賦予服裝舒適性和功能性，并為高透濕、透氣、防水涂層工藝開辟了一條途徑。
2.5 泡沫增白整理
由于織物(特別是厚重織物)只需表面得到增白即可，使用泡沫法增白可以通過調(diào)節(jié)泡沫的施加量，以控制增白劑的滲透程度。使大部分增白劑停留在織物表面，以提高增白劑的有效用量。對(duì)于要求不高的織物來說，泡沫加工還可以對(duì)織物進(jìn)行單面增白。由于泡沫施加不如軋車浸軋那樣均勻，因此泡沫增白整理大多用于白底印花布。
2.6 多功能泡沫整理
美國羊毛局、Union-Carbide公司和Gaston-County印染機(jī)械制造公司曾共同協(xié)作，采用泡沫整理工藝(FFT)對(duì)純毛和毛混紡織物進(jìn)行了防縮、拒水／拒油整理的研究。在纖維的吸液率為15％～30％ 的條件下，用Farbenfabriken Bayer公司生產(chǎn)的津塔普雷特BAP、Impranil DLH防縮整理劑和澤潑爾RN拒水／油性整理劑，采用雙面泡沫施加工藝處理試樣，織物整理后拒水／拒油性能良好，縮水率有了很 大的改善[12]。
外科手術(shù)服既要求具有一定的拒水性能，又要求具有一定的抗菌、透濕性能。醫(yī)務(wù)人員穿著才能安全、舒服。美國有研究者將PEG(交聯(lián)的聚乙二醇)采用泡沫整理工藝(FFT)施加到具有拒水性能的非織造外科手術(shù)服織物的背面，賦予其抗微生物性能，并且增加了輕薄的非織造物表面的可潤(rùn)濕 性，而并不損害織物正面的拒水性[13]。
紫外線一般能夠穿透窗簾，在房間的朝陽面，屋內(nèi)長(zhǎng)期處在紫外線的照射下，對(duì)人體以及室內(nèi)紡織品都不利，因此窗簾還應(yīng)該具有阻燃、遮光等功能，對(duì)一些特殊的窗簾還需進(jìn)行抗菌、芳香、抗靜電等整理。如果用常規(guī)的浸軋方法進(jìn)行整理，會(huì)消耗大量的化學(xué)品，增加生產(chǎn)成本，而且有些整理劑之間可能會(huì)相互作用，影響整理效果。使用泡沫涂層 的方法，對(duì)窗簾接觸陽光的一面進(jìn)行遮光和防紫外線整理，而另一面進(jìn)行阻燃、抗菌、芳香、抗靜電等整理，就可以大量節(jié)省化學(xué)品，還可減少整理劑之間的相互影響。
另外，泡沫整理還可應(yīng)用于非織造布的背面處理(地毯防落絨、粘合)及表面處理(防污、防水、抗菌防臭)，可節(jié)省原料、節(jié)能、降低成本和烘干設(shè)備小型化。
3 最新研究進(jìn)展
國家“十一五”規(guī)劃提出要以生態(tài)觀念和符合綠色環(huán)保的要求開發(fā)新技術(shù)和新設(shè)備。近年來我國印染設(shè)備正朝著生態(tài)環(huán)保、節(jié)能降耗、省時(shí)高效等方面發(fā)展。要實(shí)現(xiàn)生態(tài)染整，首先要從能耗大、環(huán)境污染嚴(yán)重的傳統(tǒng)印染機(jī)械和工藝入手。于是，國內(nèi)外許多科研單位和印染企業(yè)開始研發(fā)新 的泡沫整理設(shè)備和工藝，并已取得了一定的進(jìn)展和突破。
上海太平洋機(jī)電集團(tuán)印染機(jī)械分公司與東華大學(xué)合作研制了新型動(dòng)態(tài)圓筒狹縫式泡沫整理設(shè)備，該項(xiàng)目在浙江紹興某印染廠進(jìn)行了生產(chǎn)應(yīng)用試驗(yàn)，并取得了成功。該泡沫整理機(jī)是典型的低給液、高節(jié)能型設(shè)備，主要用于純棉、化纖及其混紡織物的柔軟、樹脂、防水、上漿、增白等各類泡沫整理。該機(jī)型節(jié)能降耗顯著，能使配液耗水量下降50％～70％，化學(xué)藥劑耗量降低5％～10％，節(jié)省烘燥熱能55％以上。經(jīng)樹脂整理后織物含濕量低，可避免織物在烘干時(shí)產(chǎn)生”泳移”，減少了表面樹脂，彈性指標(biāo)高于常規(guī)浸軋整理。而且，該設(shè)備可與熱定形機(jī)、松式烘干機(jī)、預(yù)縮機(jī)配合使用。
香港DTC(Datacolor)科技有限公司生產(chǎn)的 Autofoam泡沫整理系統(tǒng)[14]目前在歐洲表現(xiàn)出色。該系統(tǒng)采用獨(dú)特的雙轉(zhuǎn)盤動(dòng)態(tài)式發(fā)泡器和全自動(dòng)的控制器，并開發(fā)了四種不同的施泡機(jī)，分別適用于一般布料的化學(xué)品整理、地毯的背膠、PU或聚丙烯酸酯涂層、裝飾布的阻燃整理、長(zhǎng)毛地毯的防 污、防水、防蟲和抗菌整理和無紡布的纖維粘結(jié)加工等。用戶可根據(jù)自身的實(shí)際情況，對(duì)加工織物的品種、加工要求和質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性能等因素合理選擇所需施泡機(jī)類型。我國江蘇、廣東等地有些印染企業(yè)也購置和使用了該泡沫整理系統(tǒng)，主要用來進(jìn)行各種織物的給濕拉幅和某些織物的后整理加工。 杭州永和紡織品涂層有限公司生產(chǎn)的智能發(fā)泡機(jī)RH-FD系列用于遮光窗簾、遮光卷簾、沙發(fā)布、植絨裝飾布和服裝面料的防水、阻燃等泡沫涂層整理，產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到英國BS5852標(biāo)準(zhǔn)。
美國Gaston Systems & Unichem公司推出的CFS泡沫整理系統(tǒng)是一種高效、節(jié)能、環(huán)保型設(shè)備體系，用于在低濕度環(huán)境下將泡沫化的化合物準(zhǔn)確地施加于基布上(或基布)，如紡織品、地毯、無紡布等。該系統(tǒng)適合于不同品種織物的加工，不受織物組織結(jié)構(gòu)及其組成的影響．可對(duì)織物進(jìn)行單面或雙面加工。由于該系統(tǒng)能使染化藥劑在織物上正確定位，以致染化藥劑用量減少、生產(chǎn)成本下降、產(chǎn)品質(zhì)量提高、織物風(fēng)格改善，而且節(jié)能環(huán)保。同時(shí)，該技術(shù)將不會(huì)僅限于對(duì)織物的整理與涂層．其應(yīng)用將會(huì)拓展到對(duì)織物的染色加工。
荷蘭斯托克(STORK)公司CFT涂層和整理系統(tǒng)利用泡沫發(fā)生器把后整理劑做成泡沫狀，施加于織物上，使織物的帶水率由傳統(tǒng)的65％降低到30％，減少了烘干機(jī)的負(fù)擔(dān)，節(jié)省能源50％以上。
原載：染整技術(shù)
李永庚，許海育 東華大學(xué)化學(xué)化工與生物工程學(xué)院，上海201620
岳海峰 上海太平洋機(jī)電集團(tuán)印染機(jī)械分公司，上海200434
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